结构力学-第五章-力法3
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结构力学力法的计算在结构力学中,力法是一种常用的计算方法,用于分析和设计各种结构的受力状态和稳定性。
力法基于牛顿第二定律和结构平衡原理,通过将结构划分为多个互相独立的力学系统,再进行力学方程的求解,可以得到结构各点的受力情况。
力法的计算过程主要包括以下几个步骤:1.确定受力系统:首先,需要明确结构的受力体系,包括受力点、受力方向和受力大小。
根据结构的特点和应用要求,可以选择合适的受力系统。
2.提取受力系统:将受力系统从结构中剥离出来,形成独立的力学系统。
这样可以降低计算难度,并且便于分析结构的受力情况。
3.建立力学模型:对于每个独立的力学系统,需要建立相应的力学模型。
根据受力情况和结构的几何形状,可以选择适当的力学模型,如简支梁、悬臂梁等。
4.进行力学方程求解:通过应用牛顿第二定律和结构平衡原理,可以建立相应的力学方程。
根据方程的特点,可以选择适当的数值解法,如代数法或迭代法等。
5.求解受力分布:通过求解力学方程,可以得到结构各点的受力情况。
这包括受力方向、受力大小和受力位置等信息。
根据这些信息,可以对结构的受力状态进行分析和评估。
6.验证和优化设计:对于计算结果,需要进行验证和优化设计。
通过与理论计算或实验结果的对比,可以确认计算的准确性,并对结构的设计进行必要的调整和优化。
需要注意的是,力法的计算过程需要考虑以下几个因素:1.边界条件:在进行力法计算时,需要确定结构的边界条件。
边界条件可以影响结构的受力情况,因此对于计算结果的准确性至关重要。
2.材料性质:在建立力学模型时,需要考虑材料的性质和力学参数。
材料的性质直接影响结构的刚度和强度,因此对于计算结果的准确性有很大影响。
3.荷载条件:在进行力法计算时,需要明确结构所受的荷载条件,包括静载和动载。
不同的荷载条件会导致结构不同的受力状态和响应,因此需要准确确定。
4.结构几何形状:在进行力法计算时,需要考虑结构的几何形状。
结构的几何形状会直接影响结构的受力分布和刚度特性,因此需要准确描述和建模。
15.3 力法的计算步骤和示例(二)一次超静定钢架【例】作图 (a)所示连续梁的内力图。
EI 为常数。
【解】(1) 选取基本结构 此结构为一次超静定梁。
将B 点截面用铰来代替,以相应的多余未知力X1代替原约束的作用,其基本结构如图 (b)所示。
(2) 建立力法方程 位移条件:铰B 两侧截面的相对转角应等于原结构B 点两侧截面的相对转角。
由于原结构的实际变形是处处连续的,显然同一截面两侧不可能有相对转动或移动,故位移条件为B 点两侧截面相对转角等于零。
由位移条件建立力法方程如下δ11X1+Δ1P=0(3) 计算系数和自由项 分别作基本结构的荷载弯矩图MP 图和单位弯矩图M1图,如图19.13(c)、(d)所示。
利用图乘法求得系数和自由项分别为(4) 求多余未知力 将以上系数和自由项代入力法方程,得(5) 作内力图 ① 根据叠加原理作弯矩图,如图 (e)所示。
② 根据弯矩图和荷载作剪力图,如图 (f)所示11212(11)233ll EI EIδ=⨯⨯⨯=21(32)48P P ql l EI+∆=-2112(32)0348(32)32l P ql l X EI EIP ql l X +-=+=15.3 力法的计算步骤和示例(三) 铰接排架【例】计算图 (a)所示排架柱的内力,并作出弯矩图。
【解】(1) 选取基本结构 此排架是一次超静定结构,切断横梁代之以多余未知力X1得到基本结构如图 (b)所示。
(2) 建立力法方程 δ11X1+Δ1P=0(3) 计算系数和自由项 分别作基本结构的荷载弯矩图MP 图和单位弯矩图M1图如图 (c)、(d)所示。
利用图乘法计算系数和自由项分别如下(4) 计算多余未知力 将系数和自由项代入力法方程,得解得X1=-5kN(5) 作弯矩图 按公式M=M1X1+MP 即可作出排架最后弯矩图如图 (e)所示。
13521760033X EI EI+=15.6 超静定结构的位移计算 一次超静定钢架用力法计算超静定结构,是根据基本结构在荷载作用和全部多余未知力共同作用下内力和位移应与原结构完全一致这个条件来进行的。